курс лекции по генетике. Курс лекций по дисциплине генетика человека с основами медицинской генетики

• Название: Курс лекций по дисциплине генетика человека с основами медицинской генетики
• Дата: 18.11.2022
• Размер: 0.55 Mb.
• Имя файла: курс лекции по генетике.docx
• Тип: Курс лекций; #795697
• страница: 3 из 11

Тема: Хромосомная теория наследственности. Хромосомные карты человека. Наследственные свойства крови.
Содержание лекции:

1. 
   Хромосомная теория Т.Моргана.
   
2. 
   Сцепленные гены, кроссинговер.
   
3. 
   Карты хромосом человека.
   
4. 
   Механизм наследования групп крови системы АВО и резус системы.
   
5. 
   Причины и механизм возникновения осложнений при гемотрансфузии, связанных с неправильно подобранной кровью.
   
6. 
   Причины и механизм возникновения резус конфликта матери и плода.
   

В 1902 г. студент-медик У. Сэттон и биолог Т. Бовери независимо друг от друга высказали мнение, что гены расположены в хромосо­мах, и поэтому именно хромосомы представляют собой материаль­ную основу наследственности. В 1906 г. Бэтсон и Пеннет опубли­ковали результаты экспериментов по дигибридному скрещиванию различных разновидностей душистого горошка. Оказалось, что некоторые признаки наследуются не независимо друг от друга, а имеют тенденцию передаваться попарно. Кроме того, было обна­ружено, что признаки и, следовательно, гены их контролирующие остаются «связанными» (или сцепленными) и в последующих поко­лениях. Таким образом, В. Бэтсон и Р. Пеннет, по существу, открыли явление сцепления генов, но не смогли должным образом оценить полученные результаты. Правильное объяснение этому явлению дали американские исследователи Т. Морган и его сотрудники. Эксперименты группы Т. Моргана, начатые в 1910 г. стали основ­ными доказательствами хромосомной теории наследственности. Было обнаружено существование групп сцепления генов у плодо­вой мушки дрозофилы и их связь с определенными хромосомами. Параллелизм между числом хромосом и числом групп сцепления у дрозофилы является убедительным доказательством того, что гены действительно расположены в хромосомах.

Сцепление генов наблюдается в тех случаях, когда два разных гена находятся в одной и той же хромосоме, что и обусловливает совмест­ную передачу этих генов потомству. Таким образом, сцепление генов является следствием физической целостности в структуре, несущей гены. Такой структурой и являются хромосомы.

Т. Морган и его коллеги установили, что сцепление являет­ся закономерным явлением и распространяется на многие гены различных организмов. Объектом исследования сцепления была плодовая мушка дрозофила. Контролируемые скрещивания у этого лабораторного объекта легко осуществимы, а четыре хромосомы дрозофилы легко отличаются друг от друга. Наблюдая за большим количеством мух, Т. Морган выявил много мутаций, которые были связаны с изменением разных признаков: окраски глаз, формы кры­льев, окраски тела и т.д. При изучении наследования этих мутаций оказалось, что многие из них наследуются, сцепленно с полом. Такие гены легко было выделить, потому что они передавались от материнс­ких особей только потомству мужского пола, и через них – только их потомкам женского пола. У человека признаки, наследуемые через Y-хромосому, могут быть только у лиц мужского пола, а наследуе­мые через Х-хромосому – у лиц как одного, так и другого пола. При этом особь женского пола может быть гомо- или гетерозиготной по генам, расположенным в Х-хромосоме, а рецессивные гены могут проявляться у нее только в гомозиготном состоянии. У особи муж­ского пола только одна Х-хромосома, поэтому все локализованные в ней гены, в том числе и рецессивные, проявляются в фенотипе. Такие патологические состояния, как гемофилия (медленная свер­тываемость крови, обусловливающая повышенную кровоточи­вость), дальтонизм (аномалия зрения, при которой человек путает цвета, чаще всего красный с зеленым), наследуются у человека сцепленно с полом.

Исследование наследования, сцепленного с полом, стимулирова­ло изучение сцепления между другими генами. В качестве примера можно привести эксперименты на дрозофиле. У дрозофилы сущес­твует мутация, обусловливающая черный цвет тела. Ген, ее вызыва­ющий, рецессивен по отношению к гену серого цвета, характерному для дикого типа. Мутация, вызывающая рудиментарные крылья, также рецессивна к гену, приводящему к развитию нормальных крыльев. Серия скрещиваний показала, что ген черного цвета тела и ген рудиментарных крыльев передавались вместе, как будто оба эти признаки вызывались одним геном. Причина такого результата заключалась в том, что гены, обусловливающие два признака, лока­лизованы в одной хромосоме. Это явление так называемого полного сцепления генов. В каждой хромосоме расположено много генов, которые наследуются совместно, и такие гены называют группой сцепления. У каждого вида организмов число групп сцепления соот­ветствует числу пар хромосом, то есть у дрозофилы их 4. В настоящее время у человека идентифицировано 25 групп сцепления: 22 группы – по числу пар аутосом. Гены, локализованные в Х- и Y-хромосомах представляют собой отдельные группы сцепления и 25-я группа сцепления – это гены, находящиеся в митохондриальной ДНК.

Таким образом, закон независимого наследования и комбиниро­вания признаков, установленный Г. Менделем, действует только в случае, когда гены, определяющие тот или иной признак, находятся в разных хромосомах (разных группах сцепления).

Однако гены, находящиеся в одной хромосоме, сцеплены не абсо­лютно. Причиной неполного сцепления является кроссинговер. Дело в том, что во время мейоза, при конъюгации хромосом, происходит их перекрест, и гомологичные хромосомы обмениваются гомоло­гичными участками. Это явление называется кроссинговером. Он может произойти в любом участке гомологичных Х-хромосом, даже в нескольких местах одной пары хромосом. Причем, чем дальше друг от друга расположены локусы в одной хромосоме, тем чаще между ними следует ожидать перекрест и обмен участками.

Как уже отмечалось выше, в каждой группе сцепления генов содержатся сотни или даже тысячи генов. В экспериментах А. Стертеванта в 1919 г. было показано, что гены внутри хромосо­мы расположены в линейном порядке. Это было доказано путем анализа неполного сцепления в системе генов, принадлежащей к одной группе сцепления. Изучение взаимоотношений между тремя генами при кроссинговере выявило, что в случае, если частота пере­креста между генами А и В равна величине М, а между генами А и С частота обменов равна величине N, то частота перекреста между генами В и С составит M+N, или М – N, в зависимости в какой пос­ледовательности расположены гены: ABC или АСВ. И такая зако­номерность распространяется на все гены этой группы сцепления. Объяснение этому возможно лишь при линейном расположении генов в хромосоме.

Эти эксперименты явились основой создания генетических карт хромосом многих организмов, в том числе и человека.

Единицей генетической или хромосомной карты является сантиморганида (сМ). Это мера расстояния между двумя локусами, равная длине участка хромосомы, в пределах которого вероятность кроссинговера составляет 1%.

Генетические карты. Наряду с нуклеотидными пос­ледовательностями составной частью сведений о геноме человека являются генетические карты хромосом – схемы, описывающие расположение генов и других элемен­тов на хромосоме с указанием расстояния между ними. Сформированы группы сцепления генов и исследованы их взаимное расположение. Для генов, локализованных в одной хромосоме, имеется тенденция сохранения в ряду поколений. Новые комбинации родительских аллелей в зародышевых клетках могут появиться только за счет кроссинговера (обмена участками гомологичных хромо­сом в мейозе). Чем ближе гены расположены друг к другу, т. е., чем более они сцеплены, тем эта вероят­ность меньше. Генетическое расстояние измеряется в сантиморганах (сМ), в соответствии с частотой рекомбина­ции между гомологичными участками хромосом – 1 сМ соответствует частоте рекомбинации, равной 1 %. Общая длина генома составляет около 3300 сМ, а 1 сМ эквива­лентен 1000000 пар нуклеотидных оснований.

Первый ген человека был картирован в Х-хромосоме в 1911 г., а первый аутосомный ген – в 1968 г. К середине 70 годов прошлого века на хромосомах человека было картировано свыше 100 генов. В 12-м издании энцикло­педии Мак-Кьюсика (1994) содержатся сведения о 6678 картированных менделирующих локусах человека. Из них 4458 генов – с аутосомно-доминантным, 1730 – с аутосомно-рецессивным характером наследования. В Х-хро­мосоме локализовано 412 генов, в Y-хромосоме – 19, 59 – в митохондриальной ДНК. Определена функция более чем 2800 картированных генов. С моногенными заболевани­ями связано 770 картированных локусов. Общее же чис­ло заболеваний, для которых картированы гены состав­ляет 933. Более 420 генов наследственных болезней кло­нированы и для каждого из них описано от одного до нескольких сотен мутантных вариантов аллелей, харак­теризующихся различными стенотипическими проявле­ниями. Всего же число картированных генов человека превышает 30000.

Применение молекулярно-генетических методов уско­рило картирование генов, секвенирование генома позво­лило составить полные генетические карты для всех хро­мосом. Карты хромосом, патологические мутации в ко­торых ведут к наследственным болезням, называются патологической анатомией генома. Необходимо отметить, что информация, содержащаяся в картах, постоянно по­полняется. Так, в первой хромосоме выделены гены, оп­ределяющие развитие синдрома Эларса–Данло (тип VI), невральной амиотрофии Шарко–Мари (тип II), гликогеноза (тип VII); во второй хромосоме – гены, ответствен­ные за развитие синдрома морщинистой кожи, катарак­ты; в третьей хромосоме – гены, запускающие синдром Гиппель–Линдау, блефарофимоз, алкаптонурию и т. д. В приложении представлена патологическая анатомия всех хромосом, а также как пример полной генетической карты анатомии генома митохондрии, секвенированного наиболее точно.

Наследование групп крови и резус-фактора. Группы крови представляют собой нормальные иммунологические признаки, позволяющие объединять людей по сходству антигенов их крови. Индивидуальная биологическая осо­бенность человека, относящая его к той или иной группе крови, начинает формироваться на втором месяце внутри­утробного развития. Групповые антигены достигают наибольшей активности к 3 годам жизни. У новорожден­ных последняя составляет лишь 20% функциональной активности системы антигенов взрослого человека. Груп­повая дифференцировка постоянна на протяжении всей жизни и не зависит от внешних воздействий. В формен­ных элементах и плазме крови содержатся десятки изо-антигенов. Только в эритроцитах выявлено более 15 их систем, включающих около 100 антигенов. Наличие или отсутствие в эритроцитах того или иного антигена и их различные сочетания создают внутривидовые группоспецифические признаки. Изоантигены объединены в группы, которые получили название систем ABO, Rh (резус), Kell (Келл), Duffy (Даффи), Lewis (Левис), MnSs и другие.

Группы крови системы АВО открыты К. Landsteiner (1900). Им доказано, что при смешивании эритроцитов и сыворотки различных индивидуумов в одних случаях происходит агглютинация, а в других нет. Неоднород­ность в агглютинации эритроцитов объясняется специ­фическими для каждой группы антигенами – агглютиногенами, которые могут вступать в реакцию агглюти­нации с нормальными (естественными) антителами – агглютининами чужеродной крови. У лиц I группы, ко­торая обозначается О, агглютиногенов в эритроцитах не содержится, а в плазме имеются агглютинины α (анти-А) и β (анти-В). У представителей II группы, обозначаю­щейся как А, эритроциты содержат агглютиноген А, а плазма агглютинин β. В крови людей III группы (В) эритроциты содержат агглютиноген В, а плазма агглю­тинин β. В крови людей IV группы (АВ) эритроциты содержат агглютиногены А и В, а в плазме нет агглюти­нинов. Агглютиногены и агглютинины не являются ге­нами, но развиваются и функционируют под их влияни­ем. Сочетания Оαβ(1), Аβ (II), Вα(III), ABo(IV) являются фенотипическими проявлениями иммунологических признаков крови. Группа крови определяется парой полиаллельных генов, каждый из которых может быть в трех формах – А, В, О (три пары аллелей). Ребенок наследу­ет от каждого из родителей один из этих трех генов, которые могут комбинироваться в 6 генотипов и опреде­лять развитие соответствующих агглютиногенов и агг­лютининов. Гены обозначаются как I^A, I^В, I⁰ Первая группа имеет генотип I⁰ I⁰ вторая – I⁰ I^А, или I^АI^А; тре­тья – I⁰ I^в, или I^вI^в; четвертая I^А I^В. Ген I⁰ рецессивен в отличие от доминантных генов I^А и I^в.

Группы крови системы АВО имеют большое значение в медицинской и клинической генетике, судебной меди­цине, переливании крови, подборе совместимых пар до­норов и реципиентов при пересадке органов.

Группы крови системы резус (Rh) открыты К. Land­steiner и A. Winer в 1940 г. Система получила свое назва­ние вследствие использования эритроцитов обезьян Macacus rhesus для иммунизации кроликов, от которых были получены специфические сыворотки. Использование последних позволило обнаружить в эритроцитах челове­ка антиген Rh (резус).

Резус-фактор содержится в эритроцитах 85% людей европейского происхождения (в странах Африки и Азии около 95-98%), которые называются «резус-положи­тельными» (Rh⁺). Люди, эритроциты которых не содер­жат резус-фактора, называются «резус-отрицательными» (Rh^-). Резус фактор имеет доминантное значение.

Его наличие хотя бы у одного из родителей может обусло­вить рождение как резус-положительных, так и резус-отрицательных детей. У резус-отрицательной супружес­кой пары не могут родиться резус-положительные дети. Существует 6 основных разновидностей антигена резус, которые обозначаются по номенклатуре Fischer как С, D, Е, с, d, е. Синтез антигенов контролируется шестью гена­ми с аналогичными соответствующими антигенам обо­значениями. Гены сцеплены по три в локусе на каждой из хромосом первой пары. Известно 8 комбинаций основ­ных аллелей, контролирующих резус-фактор: CDE, CDe, CdE, cDE, Cde, cDe, cdE, cde.

Наиболее часто встречаются сочетания аллелей (и со­ответствующих им антигенов) CDE– 15,85%, Cde – 53,2%, cDE – 14,58%, cde – 12,36%. После соединения двух гомологичных хромосом у потомков могут образо­вываться 36 основных генотипов резус фактора. Ген D (основной ген, имеющий наибольшее практическое зна­чение и содержащийся в эритроцитах 85% людей евро­пейского происхождения) является доминантным. Люди, в генотипе которых содержится ген D, – резус - положи­тельны. Они могут быть гомозиготными (DD) или гетерозиготными (Dd). В генотипе резус-отрицательных людей присутствует аллельный гену D ген d и они являются гомозиготными. Наиболее частое соотношение генов у резус-отрицательных лиц cde. Другие соотношения (Cde, cdE, CdE) встречаются редко.

Антигены системы резус могут быть обнаружены сыво­ротками, содержащими специфические антитела. После­дние в отличие от антител системы АВО не детерминиро­ваны генетически, а являются следствием сенсибилизации, вызванной действием антител анти-Rh, идентичных анти­телам со свойствами анти-D. Наибольшей иммунологичес­кой активностью наряду с D-антигеном обладают антиге­ны С и Е. На одну трансфузию 400 мл крови резус-поло­жительной крови 50% резус-отрицательных реципиентов отвечают образованием антител. Поэтому, считается что кровь «резус-отрицательных» доноров не должна содер­жать ни одного из 3 антигенов D, С, Е. Практическое зна­чение имеют варианты несовместимости по Rh-фактору резус-отрицательной матери и резус-положительного отца.

Причиной осложнений, связанных с переливанием несовместимой крови, в подавляющем большинстве случаев является невыполнение или нарушение правил по технике переливания крови, по методике определения групп крови и проведения пробы на групповую совместимость по системе АВ0.

В патогенезе посттрансфузионных осложнений, вызванных несовместимостью крови донора и реципиента по системе АВ0, ведущую роль играет разрушение (гемолиз) эритроцитов донора антителами, в результате чего в крови реципиента появляется свободный гемоглобин, биогенные амины, тромбопластин и другие биологически активные вещества. На основании нервно-рефлекторной теории гемотрансфузионного шока считается, что под влиянием стрессового воздействия и высоких концентраций биологически активных веществ сначала происходит раздражение интерорецепторов, а затем, если воздействие не прекращается, развивается запредельное торможение. Клинически наблюдаются нарушения гемодинамики и поражение почек по типу острой циркуляторной нефропатии. Из перечисленных выше биологически активных веществ наибольшей нефротоксичностью обладает свободный гемоглобин, который в почечных канальцах превращается в солянокислый гематин. В результате его накопления в просвете почечных канальцев вместе с остатками разрушенных эритроцитов, что часто сочетается со спазмом почечных сосудов, происходит снижение почечного кровотока и клубочковой фильтрации, что наряду с некробиотическими изменениями эпителия канальцев является причиной олигоанурии. В патогенезе поражения легких, печени, эндокринных желез и других внутренних органов первостепенная роль принадлежит ДВС-синдрому. Пусковым моментом в его развитии является массивное поступление в кровоток тромбопластина из разрушенных эритроцитов (это так называемый кровяной тромбопластин).

Гемотрансфузия – переливание крови, частный случай трансфузии, при которой переливаемой от донора к реципиенту биологической жидкостью является кровь или её компоненты.

Осложнения, связанные с переливанием несовместимой крови

Причиной таких осложнений в подавляющем большинстве случаев является невыполнение или нарушение правил по технике переливания крови, по методике определения групп крови и проведения пробы на групповую совместимость по системе АВ0.

В патогенезе посттрансфузионных осложнений, вызванных несовместимостью крови донора и реципиента по системе АВ0, ведущую роль играет разрушение (гемолиз) эритроцитов донора антителами, в результате чего в крови реципиента появляется свободный гемоглобин, биогенные амины, тромбопластин и другие биологически активные вещества. На основании нервно-рефлекторной теории гемотрансфузионного шока считается, что под влиянием стрессового воздействия и высоких концентраций биологически активных веществ сначала происходит раздражение интерорецепторов, а затем, если воздействие не прекращается, развивается запредельное торможение. Клинически наблюдаются нарушения гемодинамики и поражение почек по типу острой циркуляторной нефропатии. Из перечисленных выше биологически активных веществ наибольшей нефротоксичностью обладает свободный гемоглобин, который в почечных канальцах превращается в солянокислый гематин. В результате его накопления в просвете почечных канальцев вместе с остатками разрушенных эритроцитов, что часто сочетается со спазмом почечных сосудов, происходит снижение почечного кровотока и клубочковой фильтрации, что наряду с некробиотическими изменениями эпителия канальцев является причиной олигоанурии. В патогенезе поражения легких, печени, эндокринных желез и других внутренних органов первостепенная роль принадлежит ДВС-синдрому (нарушенная свёртываемость крови по причине массивного освобождения из тканей тромбопластических веществ). Пусковым моментом в его развитии является массивное поступление в кровоток тромбопластина из разрушенных эритроцитов (это так называемый кровяной тромбопластин).

Негемолитические осложнения или осложнения гемотрансфузии.

1. Аллергические реакции. Возникают достаточно часто, поскольку кровь – это инородный белковый продукт, реакция организма на нее неизбежна. Проявление – возникновение на коже высыпных элементов (крапивницы, пятнисто-папулезных элементов).

2. Пирогенные реакции. Это ознобы, повышение температуры тела до фебрильных цифр. При возникновении этих реакций первым мероприятием должна быть дача десенсибилизирующих препаратов, таких как антигистаминные препараты (димедрол, супрастин) и глюкокортикоидные гормоны (преднизолон в дозе 30 мг). Затем необходимо провести согревание пациента (закутать в одеяло, дать горячий чай). Через 15–20 мин реакцию удается купировать.

3. Более тяжелые анафилактические реакции. Связаны с развитием гиперчувствительности немедленного типа. Проявляют себя повышением температуры (более 39 °С), появлением обильной сыпи, а также возникновением аллергических реакций по типу отека Квинке, отека дыхательных путей и легкого (анафилактического шока).

При развитии отека легких к клинической картине присоединяются симптомы острой дыхательной недостаточности, а в легких при аускультации выявляются сухие или влажные хрипы. Эти состояния являются уже жизнеугрожающими и требуют экстренной интенсивной помощи, включающей в себя:

1) введение больших доз десенсибилизирующих препаратов парентерально (преднизолона 60–90 мг внутривенно);

2) введение 10%-ного раствора хлорида кальция внутривенно в количестве 10 мл;

3) внутривенное введение 10 мл 2,4%-ного раствора эуфиллина (медленно);

4) посиндромное лечение (купирование отека легких, борьбу с дыхательной недостаточностью и др.).

4. Инфекционные осложнения (заражение донора СПИДом, гепатитами В и С, цитомегаловирусом (ЦМВ) и другими инфекционными заболеваниями), бактериально-токсический шок.

Гемолитическая болезнь новорожденных. Несовмести­мость групп крови матери и плода по системе АВО (чаще всего группа О матери и группа А или В у плода) может способствовать развитию гемолитической болезни у плода в связи с сенсибилизацией матери. Подобная групповая несовместимость вызывает патологию лишь в одном слу­чае из 45 беременностей, так как в плаценте происходит нейтрализация групповых материнских агглютининов, прежде, чем они попадают в кровь к плоду. Кроме того, к моменту родов может быть недостаточное развитие рецеп­торов А и В на эритроцитах ребенка, что также служит защитным механизмом от а- или β -агглютининов.

Гемолитическая болезнь новорожденных характеризу­ется разрушением эритроцитов плода под влиянием анти­тел, проникающих из крови в случае несовместимости по какому-либо фактору (АВО, Rh, Duffy и др.). Большое значение имеет не только разрушение эритроцитов, но и нарушение процесса конъюгации непрямого билирубина в связи с незрелостью фермента глюкуронилтрансферазы печени. Накапливающийся непрямой билирубин обладает токсическим эффектом (особенно на ткани мозга и надпо­чечников). Чаще всего дети с гемолитической болезнью рождаются от 3-7 беременности.

Заболевание может развиться у ребенка, мать которо­го резус - отрицательна, а отец резус - положителен. Унаследованный плодом резус-фактор от отца может про­никать через плаценту в кровь резус-отрицательной ма­тери, что способствует сенсибилизации и выработке анти­резус - антител. Последние, проникая в кровь плода, ве­дут к реакции антиген – антитело, что проявляется гемолизом эритроцитов. Воздействие продуктов распада эритроцитов на костный мозг, селезенку, печень, голов­ной мозг вызывает гемолитическую болезнь новорожденных. Часто случаи патологии бывают 1 на 250–300 ро­дов. Несмотря на соотношение резус-положительных и резус-отрицательных людей (85 и 15%), частота гемоли­тической болезни не превышает 0,3-0,7%. Это объясня­ется тем, что лишь у гомозиготных по гену резус-поло­жительного фактора (DD) мужчин 100% детей его насле­дуют. Лишь 50% детей наследуют ген положительного резус-фактора у мужчин с гетерозиготным вариантом крови (Dd). Кроме того, при отсутствии предшествующих беременностей, абортов резус-отрицательная женщина может быть не сенсибилизированной. Ареактивность ре­зус-отрицательных женщин отмечена и в тех случаях, когда их матери являются резус-положительными. Име­ет значение состояние гематоплацентарного барьера, эндокринной и сосудистой систем.

Степень клинических проявлений у пациентов вариа­бельна. Могут имеет место бледность кожных покровов или явная желтуха, тотальная или местная отечность мяг­ких тканей. Печень и селезенка увеличены. Отмечаются сонливость, судороги, недостаточность глазодвигательных, лицевых, вестибулокохлеарных нервов, экстрапирамидные симптомы (так называемая ядерная желтуха). В крови обнаруживается снижение уровня гемоглобина и количе­ства эритроцитов с появлением их незрелых форм, гипопротеинемия, билирубинемия. Лечение предусматривает обменное переливание крови в течение первых суток жиз­ни (150 мл/кг массы тела), введение альбумина, плазмы, раствора Рингера, назначение витаминов группы В, маг­незии, стероидных гормонов. Проводится массаж области желчного пузыря с последующим воздействием на него тепловых процедур. В дальнейшем при необходимости используют глютаминовую кислоту, ноотропные (ноотропил, пирацетам, луцетам), антипаркинсонические (циклодол, наком) препараты, мидокалм.

ЛЕКЦИЯ №4.